铁输入对北方沼泽湿地枯落物累积与分解的影响研究

Continuous exogenous iron input affects the inner quantity and quality of boreal marsh wetland litters and their turnover environment. Based on the relative data collection, field investigation of the litter accumulation and decomposition characteristics in two typical marsh wetlands (Honghe and Xingkaihu) with different temperature and iron input regimes along latitude gradient, and the interactive studies of reciprocal translocation experiment of one wetland dominant species (Calamagrostis angustifolia) litter, one sensitive species (Glyceria spiculosa) litter and one standard material (cotton-strip), in-situ controlled warming simulation experiment by open top chamber and the laboratory multifactor cultivation experiment, this project is to analyze the comprehensive effects of iron input on litter quantity and quality and their turnover environment, differentiate the contributions of iron input, temperature and hydrological regimes, as well as their interactions, on litter accumulation and decomposition rates quantitatively, compare the relative importance of each influencing factor during litter accumulation and decomposition, reveal the influence of iron input on the temperature sensitivity of litter accumulation and decomposition rates, and validate the hypothesis that iron input as one mitigation strategy of climate warming on the acceleration of litter turnover in boreal marsh wetlands, through the comparison of temperature sensitivities of litter accumulation and decomposition rates under the circumstance of different climate warming and iron input scenarios using structural dynamic model. The anticipated results will have important significance in better understanding the key process of typical marsh wetlands' coupled iron and carbon cycling in Sanjing Plain and the prediction of wetland development under the circumstance of climate warming and iron input by anthropogenic irrigation in the future.

持续性外源铁输入同时影响北方沼泽湿地枯落物的产量、质量和外部周转环境。本项目拟在搜集资料并沿沿纬度梯度实地调查三江平原两块具有不同温度和铁输入情势的典型沼泽湿地（洪河和兴凯湖）枯落物累积与分解时空差异的基础上，通过优势种（小叶章）和环境敏感种（狭叶甜茅）枯落物及标准分解物质（棉布）的跨区移位实验、洪河沼泽湿地开顶箱原位增温控制实验和实验室内多因素培养实验，多尺度、多方法耦合，全面分析铁输入对枯落物的内在品质和外部环境的综合影响，定量区分铁输入、温度和水位对枯落物累积与分解速率的贡献及其相互作用，揭示铁输入对增温背景下枯落物累积与分解的温度敏感性的影响，最后借助结构动态模型对比不同情景下枯落物累积与分解的差异，验证铁输入对于减缓增温导致的枯落物周转加速的有效性。研究结果对于深入认识气候变暖和井灌铁输入双重影响下的北方沼泽湿地铁－碳耦合循环和预测未来气候变暖情景下湿地的演化趋势具有重要意义。

北方湿地是全球变化研究的热点区域，而铁－碳元素的相互作用正是在该热点地区研究多元素耦合循环这个热点问题时的关键之一。持续性外源铁输入同时影响着三江平原沼泽湿地枯落物的产量、质量和外部周转环境。本项目按照任务书的要求及年度计划，已基本完成既定研究任务。通过野外原位控制实验和室内培养，联合定量了铁输入对典型植物狭叶甜茅枯落物累积与分解过程，提出了溶解性高铁作为典型湿地植物生物质累积的限制性因子和枯落物分解的影响因子，作为铁碳吸附和共沉淀的主体促进枯落物有机碳保存，作为微生物厌氧呼吸的电子受体影响有机碳的矿化的同时减少甲烷排放。总之，人为或自然因素导致的北方湿地中的铁输入对枯落物的累积和分解都起着固碳减排作用，这种作用的发挥受到水文状况和铁碳含量的影响。以兴凯湖狭叶甜茅湿地为例，目前的铁输入水平将促进植物碳的累积并减少总碳排放，从而有利于减缓温室效应。.截止到2016年底，已发表学术论文9篇，其中SCI论文6篇，另有2篇核心论文已接收；申请了国家发明专利4项，其中授权1项；邹元春副研究员和于晓菲副研究员分别于2012年和2014年入选中国科学院青年创新促进会，已毕业博士研究生2名，另有1名博士生和2名硕士生在读；邹元春、于晓菲、刘波、娄晓楠分别前往澳大利亚、法国、美国等访问学习1年，项目执行期间项目组成员参加国内外学术会议交流十余人次；部分依托本项目发表的论文和申请授权的专利，项目主持人邹元春副研究员和骨干于晓菲副研究员获得了2016年吉林省自然科学一等奖，分别排名第三和第六，超过了项目任务书的既定目标。.本项目研究结论对于深入认识气候变暖和井灌铁输入双重影响下的北方沼泽湿地铁－碳耦合循环和预测未来气候变暖情景下湿地的演化趋势具有重要意义。建议未来进一步改进研究方法，加强铁-碳耦合对湿地汇碳影响研究的同时还应拓展到湿地净水、生物多样性维持等湿地的主要生态系统服务功能。